2025年大學(xué)自動化（自動化控制工程）試題及答案

（考試時間：90分鐘滿分100分）班級______姓名______第I卷（選擇題共40分）答題要求：本卷共8小題，每小題5分。在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的。1.以下關(guān)于自動控制系統(tǒng)的基本組成部分，說法錯誤的是（）A.控制器是控制系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)對輸入信號進行處理并輸出控制信號B.被控對象是控制系統(tǒng)中被控制的物理量或過程C.測量變送裝置用于將被控對象的輸出信號轉(zhuǎn)換為便于控制器處理的信號D.執(zhí)行器只能接收模擬信號來控制被控對象2.對于一個一階慣性環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)為G(s)=1/(Ts+1)，當(dāng)輸入為單位階躍信號時，其輸出響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)值為（）A.0B.1C.TD.1/T3.已知系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)G(s)H(s)=K/(s(s+1)(s+2))，則該系統(tǒng)的型別為（）A.0型B.I型C.II型D.III型4.若某系統(tǒng)的特征方程為s3+2s2+3s+4=0，根據(jù)勞斯判據(jù)，該系統(tǒng)（）A.穩(wěn)定B.不穩(wěn)定C.臨界穩(wěn)定D.無法判斷穩(wěn)定性5.以下哪種控制算法不屬于傳統(tǒng)的PID控制算法（）A.比例控制B.積分控制C.微分控制D.模糊控制6.在控制系統(tǒng)中，若要提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，可采取的措施是（）A.增大比例系數(shù)B.減小比例系數(shù)C.增大積分時間常數(shù)D.增大微分時間常數(shù)7.對于一個線性定常系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)的分母多項式的次數(shù)（）分子多項式的次數(shù)。A.大于等于B.小于等于C.等于D.不一定8.已知某系統(tǒng)的頻率特性G(jω)=1/(1+jω)，當(dāng)ω=1時，其幅頻特性|G(j1)|為（）A.1/√2B.1C.√2D.2第II卷（非選擇題共60分）二、填空題（共15分）答題要求：本大題共5小題，每小題3分。請將答案填寫在題中的橫線上。1.自動控制系統(tǒng)按給定信號的特征可分為______控制系統(tǒng)、______控制系統(tǒng)和程序控制系統(tǒng)。2.系統(tǒng)的傳遞函數(shù)是在______條件下，系統(tǒng)輸出量的拉氏變換與輸入量的拉氏變換之比。3.二階系統(tǒng)的阻尼比ζ=0.5時，其階躍響應(yīng)呈現(xiàn)______特性。4.根軌跡是指當(dāng)系統(tǒng)的某個參數(shù)（通常是開環(huán)增益）從______變化到______時，閉環(huán)系統(tǒng)特征根在s平面上的變化軌跡。5.頻率響應(yīng)法中，常用的典型輸入信號有______、______和______。三、簡答題（共15分）答題要求：本大題共3小題，每小題5分。簡要回答問題。1.簡述自動控制系統(tǒng)的基本要求。2.什么是系統(tǒng)的穩(wěn)定性？判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法有哪些？3.說明PID控制器中比例、積分、微分控制作用各有什么特點。四、分析題（共15分）答題要求：本大題共3小題，每小題5分。閱讀以下材料，回答問題。材料：某控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)H(s)=K/(s(s+1)(s+2))。1.繪制該系統(tǒng)的開環(huán)幅相頻率特性曲線，并分析其低頻段、中頻段和高頻段的特點。2.若要使系統(tǒng)穩(wěn)定，試確定開環(huán)增益K的取值范圍。3.當(dāng)K=1時，求系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)，并分析系統(tǒng)的動態(tài)性能。五、設(shè)計題（共15分）答題要求：本大題共1小題，15分。根據(jù)題目要求設(shè)計一個控制系統(tǒng)。設(shè)計一個溫度控制系統(tǒng)，要求將某一空間的溫度保持在設(shè)定值附近。已知該空間的溫度變化具有一定的慣性和延遲，外界干擾主要是環(huán)境溫度的波動。請設(shè)計一個PID控制系統(tǒng)，說明控制器參數(shù)的選擇方法，并簡述系統(tǒng)的工作原理。答案：第I卷答案1.D2.B3.A4.B5.D6.A7.A8.A第II卷答案二、填空題答案1.恒值；隨動2.零初始條件3.衰減振蕩4.0；+∞5.正弦信號；階躍信號；斜坡信號三、簡答題答案1.自動控制系統(tǒng)的基本要求包括穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和快速性。穩(wěn)定性是系統(tǒng)正常工作的首要條件；準(zhǔn)確性通常用穩(wěn)態(tài)誤差來衡量，反映系統(tǒng)的控制精度；快速性則體現(xiàn)系統(tǒng)對輸入信號的響應(yīng)速度。2.系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指系統(tǒng)在受到外界干擾后，能夠自動恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)或趨近于一個新的平衡狀態(tài)的能力。判斷系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法有勞斯判據(jù)、奈奎斯特判據(jù)、根軌跡法等。3.比例控制作用能快速響應(yīng)偏差，但不能消除穩(wěn)態(tài)誤差；積分控制作用可消除穩(wěn)態(tài)誤差，但響應(yīng)速度較慢，可能使系統(tǒng)產(chǎn)生超調(diào)；微分控制作用能反映偏差信號的變化趨勢，有助于提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性，減少超調(diào)量。四、分析題答案1.低頻段：漸近線斜率為-20dB/dec，與實軸交點為1/K。中頻段：穿越頻率附近，幅頻特性曲線斜率為-20dB/dec。高頻段：漸近線斜率為-60dB/dec。低頻段決定系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能，中頻段影響系統(tǒng)的動態(tài)性能，高頻段反映系統(tǒng)對高頻干擾的抑制能力。2.由勞斯判據(jù)可得，系統(tǒng)穩(wěn)定時0<K<6。3.閉環(huán)傳遞函數(shù)為G(s)/(1+G(s)H(s))=1/(s3+3s2+2s+K)。當(dāng)K=1時，系統(tǒng)的動態(tài)性能取決于特征根的分布，可通過計算特征根來進一步分析系統(tǒng)的響應(yīng)特性，如超調(diào)量、調(diào)節(jié)時間等。五、設(shè)計題答案選擇比例系數(shù)Kp時，可根據(jù)系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)態(tài)誤差要求進行初步設(shè)定，一般先取較小值，再根據(jù)實際調(diào)試情況調(diào)整。積分時間常數(shù)Ti可適當(dāng)大些，以減少穩(wěn)態(tài)誤差，但不宜過大導(dǎo)致響應(yīng)速度過慢。微分